2022-2023學(xué)年高中物理 第十章 熱力學(xué)定律 課時1 功和內(nèi)能 課時2 熱和內(nèi)能學(xué)案 新人教版選修3-3

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1、2022-2023學(xué)年高中物理 第十章 熱力學(xué)定律 課時1 功和內(nèi)能 課時2 熱和內(nèi)能學(xué)案 新人教版選修3-3 [目標(biāo)定位] 1.了解焦耳的兩個實(shí)驗(yàn)的原理，知道做功和熱傳遞的實(shí)質(zhì).2.知道做功和熱傳遞是改變內(nèi)能的兩種方式，理解做功和熱傳遞對改變系統(tǒng)內(nèi)能是等效的，明確兩種方式的區(qū)別.3.明確內(nèi)能、功、熱量、溫度四個物理量的區(qū)別和聯(lián)系． 一、功和內(nèi)能 [問題設(shè)計(jì)] 在焦耳的許多實(shí)驗(yàn)中，有兩個最具有代表性：一個實(shí)驗(yàn)是讓重物下落帶動葉片攪拌容器中的水，引起水溫上升；另一個實(shí)驗(yàn)是通過電流的熱效應(yīng)給水加熱．焦耳的這兩個實(shí)驗(yàn)說明了什么問題？ 答案　要使系統(tǒng)狀態(tài)通過絕熱過程發(fā)生變化，做功的數(shù)量

2、只由過程始末兩個狀態(tài)決定，而與做功方式無關(guān)． [要點(diǎn)提煉] 1．內(nèi)能 (1)微觀：所有分子的動能和勢能之和． (2)宏觀：只依賴于熱力學(xué)系統(tǒng)自身狀態(tài)的物理量． 2．功和內(nèi)能 (1)功是過程量，內(nèi)能是狀態(tài)量． (2)物體的內(nèi)能大，并不意味著做功多． (3)做功可以改變系統(tǒng)的內(nèi)能，功是系統(tǒng)內(nèi)能轉(zhuǎn)化的量度，在絕熱過程中： ①外界對系統(tǒng)做功，系統(tǒng)內(nèi)能增加，即ΔU＝U2－U1＝W； ②系統(tǒng)對外界做功，系統(tǒng)內(nèi)能減少，即ΔU＝W. 二、熱和內(nèi)能 [問題設(shè)計(jì)] 用鐵錘反復(fù)敲擊鐵棒，鐵棒的溫度會升高，把鐵棒放在碳火上燒，鐵棒的溫度也會升高，這說明了什么問題？ 答案　說明做功和熱傳遞都

3、能改變物體的內(nèi)能． [要點(diǎn)提煉] 1．熱量 熱量是單純的傳熱過程中系統(tǒng)內(nèi)能變化的量度，是過程量． 2．熱量和內(nèi)能變化的關(guān)系 在只有熱傳遞的情況下，內(nèi)能的變化量等于物體吸收或放出的熱量，即ΔU＝Q. 一、功和內(nèi)能 例1　如圖1所示，活塞將氣缸分成甲、乙兩氣室，氣缸、活塞(連同拉桿)是絕熱的，且不漏氣．以E甲、E乙分別表示甲、乙兩氣室中氣體的內(nèi)能，則在將拉桿緩慢向外拉的過程中(　　) 圖1 A．E甲不變，E乙減小 B．E甲不變，E乙增大 C．E甲增大，E乙不變 D．E甲增大，E乙減小 解析　本題解題的關(guān)鍵是明確甲、乙兩氣室氣體都經(jīng)歷絕熱過程，內(nèi)能的改變?nèi)Q于做功的

4、情況．對甲室內(nèi)的氣體，在拉桿緩慢向外拉的過程中，活塞左移，壓縮氣體，外界對甲室內(nèi)的氣體做功，其內(nèi)能應(yīng)增大；對乙室內(nèi)的氣體，活塞左移，氣體膨脹，乙室內(nèi)的氣體對外界做功，內(nèi)能應(yīng)減小． 答案　D 針對訓(xùn)練　如圖2所示，一定質(zhì)量的理想氣體密封在絕熱(即與外界不發(fā)生熱交換)容器中，容器內(nèi)裝有一可以活動的絕熱活塞．今對活塞施以一豎直向下的壓力F，使活塞緩慢向下移動一段距離后，氣體的體積減?。艉雎曰钊c容器壁間的摩擦力，則被密封的氣體(　　) 圖2 A．溫度升高，壓強(qiáng)增大，內(nèi)能減少 B．溫度降低，壓強(qiáng)增大，內(nèi)能減少 C．溫度升高，壓強(qiáng)增大，內(nèi)能增加 D．溫度降低，壓強(qiáng)減小，內(nèi)能增加 答

5、案　C 解析　向下壓活塞，力F對氣體做功，氣體的內(nèi)能增加，溫度升高，對活塞受力分析可得出氣體的壓強(qiáng)增大，故選項(xiàng)C正確． 二、熱和內(nèi)能 例2　在外界不做功的情況下，物體的內(nèi)能增加了50 J，下列說法中正確的是(　　) A．一定是物體放出了50 J的熱量 B．一定是物體吸收了50 J的熱量 C．一定是物體分子動能增加了50 J D．物體的分子平均動能可能不變 解析　在外界不做功的情況下，內(nèi)能的改變量等于傳遞的熱量，內(nèi)能增加，一定是吸收了相等數(shù)量的熱量，故A錯，B對；物體內(nèi)能包括所有分子的動能和勢能，內(nèi)能由分子數(shù)、分子平均動能、分子勢能共同決定，所以內(nèi)能增加了50 J并不一定是分子動

6、能增加了50 J，物體的分子平均動能有可能不變，這時吸收的50 J熱量全部用來增加分子勢能，故C錯，D對． 答案　BD 三、內(nèi)能與相關(guān)概念的辨析 例3　關(guān)于物體的內(nèi)能和熱量，下列說法中正確的是(　　) A．熱水的內(nèi)能比冷水的內(nèi)能多 B．溫度高的物體其熱量必定多，內(nèi)能必定大 C．在熱傳遞過程中，內(nèi)能大的物體其內(nèi)能將減小，內(nèi)能小的物體其內(nèi)能將增大，直到兩物體的內(nèi)能相等 D．熱量是熱傳遞過程中內(nèi)能轉(zhuǎn)移的量度 答案　D 解析　物體的內(nèi)能由溫度、體積及物體的質(zhì)量決定，不是只由溫度決定，故選項(xiàng)A、B錯；在熱傳遞過程中，熱量由高溫物體傳給低溫物體，而與物體的內(nèi)能大小無關(guān)，所以完全有可能是內(nèi)

7、能大的物體內(nèi)能繼續(xù)增大，內(nèi)能小的物體內(nèi)能繼續(xù)減小，故選項(xiàng)C錯；關(guān)于熱量的論述，選項(xiàng)D是正確的. 1．(功和內(nèi)能)在給自行車輪胎打氣時，會發(fā)現(xiàn)胎內(nèi)氣體溫度升高，這是因?yàn)?　　) A．胎內(nèi)氣體壓強(qiáng)不斷增大，而容積不變 B．輪胎從外界吸熱 C．外界空氣溫度本來就高于胎內(nèi)氣體溫度 D．打氣時，外界不斷對胎內(nèi)氣體做功 答案　D 解析　給自行車輪胎打氣，外界對胎內(nèi)氣體做功，氣體內(nèi)能增加，溫度升高，D正確． 2．(功和內(nèi)能)地面附近有一正在上升的空氣團(tuán)，它與外界的熱交換忽略不計(jì)．已知大氣壓強(qiáng)隨高度增加而降低，則該空氣團(tuán)在上升過程中(不計(jì)空氣團(tuán)內(nèi)分子間的勢能)(　　) A．體積減小，溫度

8、降低 B．體積減小，溫度不變 C．體積增大，溫度降低 D．體積減小，溫度不變 答案　C 解析　空氣團(tuán)與外界的熱交換忽略不計(jì)，隨高度上升壓強(qiáng)逐漸減小，體積逐漸增大，對外界做功，所以內(nèi)能逐漸減小，則溫度逐漸降低，只有選項(xiàng)C正確，選項(xiàng)A、B、D均錯誤． 3．(熱和內(nèi)能)下列說法正確的是(　　) A．若A、B兩物體接觸但沒有熱傳遞，則兩物體所包含的熱量相等 B．做功和熱傳遞的共同點(diǎn)是都能使系統(tǒng)內(nèi)能改變 C．一物體先后經(jīng)幾個不同的物理過程，其溫度均從t1升高到t2.則在這些過程中物體一定從外界吸收相同的熱量 D．高溫物體內(nèi)能多，低溫物體內(nèi)能少 答案　B 解析　A、B兩物體沒有發(fā)生

9、熱傳遞是因?yàn)閮晌矬w溫度相等，A錯．做功和熱傳遞都是改變內(nèi)能的方式，B對．一物體溫度從t1升高到t2，內(nèi)能的改變可能是由于吸收了熱量，也可能是外界對物體做了功，C錯．高溫物體分子的平均動能大，內(nèi)能不一定大，D錯． 4．(內(nèi)能與相關(guān)概念的辨析)對于熱量、功、內(nèi)能三個量，下列說法中正確的是(　　) A．熱量、功、內(nèi)能三個量的物理意義是等同的 B．熱量和功二者可作為物體內(nèi)能大小的量度 C．熱量、功和內(nèi)能的國際單位都相同 D．熱量和功是由過程決定的，而內(nèi)能是由物體的狀態(tài)決定的 答案　CD 解析　熱量、功和內(nèi)能的國際單位都是焦耳，但熱量、功、內(nèi)能三個量的物理意義是不同的，熱量和功是過程量，內(nèi)

10、能是狀態(tài)量，熱量和功二者可作為物體內(nèi)能改變的量度而不是內(nèi)能大小的量度．故A、B錯誤，C、D正確． 題組一　功和內(nèi)能 1．用下述方法改變物體的內(nèi)能，屬于做功的方式是(　　) A．用錘子打鐵時，鐵塊發(fā)熱 B．用磨刀石磨刀時，刀發(fā)熱 C．雙手互搓，手發(fā)熱 D．用天然氣燒水 答案　ABC 解析　A、B、C中的過程都是力對系統(tǒng)(鐵塊、刀、手)做功，內(nèi)能增加和溫度升高的過程．而D中的用天然氣燒水則是通過熱傳導(dǎo)和熱對流來實(shí)現(xiàn)水溫升高的． 2．一個鐵塊沿斜面勻速下滑，關(guān)于鐵塊的機(jī)械能和內(nèi)能的變化(忽略熱傳遞)，下列判斷中正確的是(　　) A．鐵塊的機(jī)械能和內(nèi)能都不變 B．鐵塊

11、的機(jī)械能減小，內(nèi)能不變 C．鐵塊的機(jī)械能增大，內(nèi)能增大 D．鐵塊的機(jī)械能減小，內(nèi)能增大 答案　D 解析　鐵塊沿斜面勻速下滑時，動能不變，勢能減小，所以鐵塊的機(jī)械能一定減?。F塊沿斜面勻速滑下，說明此斜面一定是不光滑的，鐵塊下滑時克服摩擦力做功，鐵塊損失的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為鐵塊和斜面的內(nèi)能，因此鐵塊的溫度會略有升高，內(nèi)能增大． 3．一定質(zhì)量的氣體經(jīng)歷一緩慢的絕熱膨脹過程．設(shè)氣體分子間的勢能可忽略，則在此過程中(　　) A．外界對氣體做功，氣體分子的平均動能增加 B．外界對氣體做功，氣體分子的平均動能減少 C．氣體對外界做功，氣體分子的平均動能增加 D．氣體對外界做功，氣體分子的平均動

12、能減少 答案　D 解析　絕熱膨脹過程是指氣體膨脹過程未發(fā)生熱傳遞，膨脹過程氣體體積增大，氣體對外界做功W＜0.由ΔU＝U2－U1＝W可知，氣體內(nèi)能減?。捎跉怏w分子間的勢能忽略，故氣體分子的平均動能減小． 4．圖1為某種椅子與其升降部分的結(jié)構(gòu)示意圖，M、N兩筒間密閉了一定質(zhì)量的氣體，M可沿N的內(nèi)壁上下滑動，設(shè)筒內(nèi)氣體不與外界發(fā)生熱交換，在M向下滑動的過程中(　　) 圖1 A．外界對氣體做功，氣體內(nèi)能增大 B．外界對氣體做功，氣體內(nèi)能減小 C．氣體對外界做功，氣體內(nèi)能增大 D．氣體對外界做功，氣體內(nèi)能減小 答案　A 解析　在M向下滑動的過程中，氣體體積縮小，外界對氣體做功

13、，再根據(jù)熱力學(xué)第一定律知，氣體不與外界發(fā)生熱交換，氣體內(nèi)能增加，故正確答案為A. 5．如圖2所示，厚壁容器的一端通過膠塞插進(jìn)一支靈敏溫度計(jì)和一根氣針，另一端有個用卡子卡住的可移動膠塞．用打氣筒緩慢地向容器內(nèi)打氣，使容器內(nèi)的壓強(qiáng)增大到一定程度，這時讀出溫度計(jì)示數(shù)．打開卡子，膠塞沖出容器口后(　　) 圖2 A．溫度計(jì)示數(shù)變大，實(shí)驗(yàn)表明氣體對外界做功，內(nèi)能減少 B．溫度計(jì)示數(shù)變大，實(shí)驗(yàn)表明外界對氣體做功，內(nèi)能增加 C．溫度計(jì)示數(shù)變小，實(shí)驗(yàn)表明氣體對外界做功，內(nèi)能減少 D．溫度計(jì)示數(shù)變小，實(shí)驗(yàn)表明外界對氣體做功，內(nèi)能增加 答案　C 解析　打開卡子，膠塞沖出容器口后，密封氣體體積增大

14、，氣體膨脹對外做功，氣體內(nèi)能減少，同時溫度降低，溫度計(jì)示數(shù)變小． 題組二　熱和內(nèi)能 6．下列現(xiàn)象中，哪些是通過熱傳遞的方式改變物體內(nèi)能的(　　) A．打開電燈開關(guān)，燈絲的溫度升高，內(nèi)能增加 B．夏天喝冰鎮(zhèn)汽水來解暑 C．隕石在大氣層中下落，溫度升高 D．太陽能熱水器在陽光照射下，水的溫度逐漸升高 答案　BD 解析　A選項(xiàng)是電流做功改變內(nèi)能，C選項(xiàng)是摩擦力做功改變內(nèi)能，只有B、D選項(xiàng)是通過熱傳遞的方式改變物體內(nèi)能的，故選B、D. 7．關(guān)于熱傳遞，下列說法正確的是(　　) A．熱傳遞中，熱量一定從含熱量多的物體傳向含熱量少的物體 B．兩個物體之間發(fā)生熱傳遞的條件是它們之間有溫

15、度差 C．在熱傳遞中，熱量一定從內(nèi)能多的物體傳向內(nèi)能少的物體 D．內(nèi)能相等的兩個物體相互接觸時，也可能發(fā)生熱傳遞 答案　BD 解析　熱量的概念只有在涉及能量的傳遞時才有意義，所以不能說物體含有多少熱量，故A錯；物體間發(fā)生熱傳遞的必要條件是存在溫度差，故B對；在熱傳遞中，熱量一定從溫度高的物體傳向溫度低的物體，溫度高的物體內(nèi)能不一定多，故C錯，D對．故正確答案為B、D. 8．一銅塊和一鐵塊，質(zhì)量相等，銅塊的溫度T1比鐵塊的溫度T2高，當(dāng)它們接觸在一起時，如果不和外界交換能量，則(　　) A．從兩者開始接觸到達(dá)到熱平衡的整個過程中，銅塊內(nèi)能的減少量等于鐵塊內(nèi)能的增加量 B．在兩者達(dá)到

16、熱平衡以前的任意一段時間內(nèi)，銅塊內(nèi)能的減少量不等于鐵塊內(nèi)能的增加量 C．達(dá)到熱平衡時，銅塊的溫度T＝ D．達(dá)到熱平衡時，兩者的溫度相等 答案　AD 解析　一個系統(tǒng)在熱交換的過程中，如果不與外界發(fā)生熱交換，溫度高的物體放出的熱量等于溫度低的物體吸收的熱量，直到溫度相等，不再發(fā)生熱交換為止．而熱量是熱傳遞過程中內(nèi)能的變化量，所以選項(xiàng)A、D正確，選項(xiàng)B錯誤．設(shè)c鐵、c銅分別為鐵、銅的比熱容，根據(jù)熱平衡方程c銅m(T1－T)＝c鐵m(T－T2)，解得T＝，由此可知選項(xiàng)C錯誤． 題組三　內(nèi)能與相關(guān)概念的辨析 9．關(guān)于物體的內(nèi)能，下列說法中正確的是(　　) A．溫度相同的同種氣體它們的內(nèi)能一

17、定相等 B．體積相同的同種氣體它們的內(nèi)能一定相等 C．機(jī)械能越大的物體內(nèi)能也越大 D．物體的內(nèi)能與物體的溫度和體積都有關(guān)系 答案　D 解析　決定內(nèi)能的因素有溫度、體積及物質(zhì)的量，D正確，A、B錯誤；內(nèi)能與機(jī)械能無直接關(guān)系，C錯誤． 10．關(guān)于物體的內(nèi)能，下列說法正確的是(　　) A．手感到冷時，搓搓手就會感到暖和些，這是利用做功來改變物體的內(nèi)能 B．將物體舉高或使它們的速度增大，是利用做功來使物體的內(nèi)能增加 C．陽光照射衣服，衣服的溫度升高，是利用熱傳遞來改變物體的內(nèi)能 D．用打氣筒打氣，筒內(nèi)氣體變熱，是利用熱傳遞來改變物體的內(nèi)能 答案　AC 11．下列說法中正確的是(

18、　　) A．如果取水平地面為零勢能面，則靜止在水平地面上的物體的機(jī)械能和內(nèi)能都為零 B．如果取水平地面為零勢能面，則靜止在水平地面上的物體的機(jī)械能為零，內(nèi)能不為零 C．一個裝有氣體的絕熱密封容器做勻速運(yùn)動，如果使容器突然停止運(yùn)動，則氣體的溫度要升高 D．一個裝有氣體的絕熱密封容器做勻速運(yùn)動，如果使容器突然停止運(yùn)動，則氣體的溫度保持不變 答案　BC 解析　內(nèi)能與零勢能面的選取無關(guān)，重力勢能與零勢能面的選取有關(guān)，重力勢能為零的靜止物體機(jī)械能為零，但內(nèi)能永不為零，A錯誤，B正確；絕熱容器停止運(yùn)動，內(nèi)部氣體的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，溫度升高，C正確，D錯誤． 12．關(guān)于內(nèi)能、溫度和熱量，下列說法中正確的是(　　) A．物體的溫度升高時，一定吸收熱量 B．物體沿斜面下滑時，內(nèi)能將增大 C．物體沿斜面勻速下滑時，內(nèi)能可能增大 D．內(nèi)能總是從高溫物體傳遞給低溫物體，當(dāng)內(nèi)能相等時熱傳遞停止 答案　C 解析　改變物體內(nèi)能的兩種方法：做功和熱傳遞．溫度升高，內(nèi)能增加，但不一定是吸收熱量，A錯誤；物體沿斜面下滑時，可能不受摩擦力，內(nèi)能可能不變，B錯誤；物體克服摩擦力做功，摩擦生熱，內(nèi)能可能增大，C正確；熱傳遞的條件是物體間存在溫度差，熱量從溫度高的物體傳遞給溫度低的物體，溫度相同后熱傳遞停止，D錯誤．